目前，在中國空間站內(nèi)，部署了科學實驗柜等具有國際領先水平的空間科學研究與應用設施，能夠在軌支持空間生命科學與生物技術、空間材料科學、微重力基礎物理、微重力流體物理等諸多領域的研究與應用，中國空間站正在成為我國當前覆蓋學科領域最全、在軌支持能力最強，且兼?zhèn)溆腥藚⑴c和上下行運輸?shù)泉毺貎?yōu)勢的“國家太空實驗室”，各類空間科學與應用研究有序展開。
近日，由西北工業(yè)大學科研團隊主導的超高溫合金材料研究取得新進展，研究團隊通過中國空間站提供的微重力環(huán)境獲得了材料的關鍵物理特性，實現(xiàn)了難熔合金微觀組織結(jié)構(gòu)與宏觀形態(tài)的雙調(diào)控。
據(jù)介紹，研究團隊選取的實驗材料為鈮合金，從2021年9月開始，樣品分三批，隨天舟三號、天舟四號、天舟五號貨運飛船進入中國空間站開展空間材料科學實驗。在航天員的協(xié)助下，研究團隊成功完成了材料在微重力條件下的加熱、熔化、降溫、過冷、凝固以及熱物理性質(zhì)測定等重要實驗。
鈮是一種難熔金屬，其熔點高達2400多攝氏度。鈮合金材料具有塑性好，加工和焊接性能優(yōu)良等特點，可用作航天和航空工業(yè)的熱防護和結(jié)構(gòu)材料，因而被認為是下一代火箭和航空發(fā)動機的重要備選材料。
不過，在地面環(huán)境下，要對其兩千多攝氏度的熔體開展物理特性的研究十分困難，連實驗容器都很難找到。而中國空間站的無容器材料實驗柜剛好能夠提供無容器和微重力環(huán)境的絕佳實驗條件，也為研究人員獲取其物理特性提供了可能。
鋯合金在軌凝固實驗取得科學新發(fā)現(xiàn)
除了對超高溫合金材料開展研究外，研究團隊還在中國空間站所提供的微重力環(huán)境下，對鋯合金材料開展了在軌凝固實驗，同樣取得了重要發(fā)現(xiàn)。
鋯合金具有耐腐蝕性和生物相容性，通常在核技術及醫(yī)學植入領域有著廣泛的應用。此前，鋯合金的36個實驗樣品，通過天舟三號貨運飛船送入中國空間站，借助微重力環(huán)境，研究團隊得到了不同于地面的材料內(nèi)部溫度場和流場分布，并觀察到特殊的表面組織結(jié)構(gòu)。
據(jù)介紹，鋯合金固體狀態(tài)和液體狀態(tài)間存在密度差，通常凝固后會出現(xiàn)收縮與縮孔，這也是該專業(yè)領域普遍受到關注的研究方向。此次在微重力環(huán)境下得到的表面渦旋組織結(jié)構(gòu)，是此前在地面條件下從未發(fā)現(xiàn)過的現(xiàn)象，將對進一步了解材料特性，拓展材料應用提供新的可能。
科研團隊利用中國空間站，共對6種合金材料開展了上百次實驗，未來還將計劃對其他材料，尤其是瞄準國家重大需求的新型功能晶體、特種材料等開展相關空間研究。
(總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉)